ΝΟΜΟ ΣΟΤ BOYLE(βαςιςμζνο ςε πείραμα)

Transcript

1 2ο ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΛΤΚΕΙΟ ΑΘΗΝΩΝ τθσ Κυπραίου Φωτεινισ 'Eτοσ: ΝΟΜΟ ΣΟΤ BOYLE(βαςιςμζνο ςε πείραμα) O Νόμος του Boyle τθ κερμοδυναμικι ο Νόμοσ του Boyle είναι ζνασ από τουσ τρεισ νόμουσ των αερίων.ωσ Νόμοι των αερίων χαρακτθρίηονται οι φυςικοί νόμοι που περιγράφουν τιν ςυμπεριφορά των αερίων ςφμφωνα με τθν κζρμοκραςια,τθν πίεςθ και τον όγκο.ο Νόμοσ του Μπόιλ, γνωςτόσ και ςαν νόμοσ Μπόιλ-Μαριότ, πιρε το όνομά του αρχικά από τον Ιρλανδό φυςικό φιλόςοφο Ρόμπερτ Μπόιλ (Robert Boyle), ( ), που πρϊτοσ τον διατφπωςε και δθμοςίευςε το Σον ίδιο νόμο διατφπωςε 14 χρόνια αργότερα και ο Γάλλοσ φυςικόσ Ε. Μαριότ (Edme Mariotte) ( ). Εξ ου και θ διπλι ονομαςία. Σφμφωνα με αυτό το νόμο:ο όγκοσ ενόσ αερίου είναι αντιςτρόφωσ ανάλογοσ τθσ πίεςθσ αυτοφ, ςε ςτακερι κερμοκραςία.για τισ μεταβολζσ πίεςθσ και κερμοκραςίασ αν P1 θ αρχικι πίεςθ του αερίου, V1 ο αρχικόσ ειδικόσ όγκοσ του και T θ ςτακερι κερμοκραςία του και προκλθκεί μεταβολι τθσ πίεςθσ και του όγκου του ςε P2 και V2 κατά τρόπο που θ κερμοκραςία μείνει αμετάβλθτθ, τότε μεταξφ των παραπάνω ςτοιχείων του αερίου κα ιςχφει θ μακθματικι ςχζςθ: ι και ακόμθ Η μακθματικι του διατφπωςθ ειναι =ςτακερό για Σ=ςτακερό 'Αρα το γινόμενο είναι ςτακερό και ιςοφται με όπου ο αρικμόσ των γραμμομορίων τοφ αερίου και θ παγκόςμια ςτακερά των ιδανικϊν αερίων που

2 ςτο διεκνζσ ςφςτθμα μονάδων (S.I) ζχει τιμι. Ο νόμοσ των Boyle και Mariotte όπωσ και οι άλλοι νόμοι των αερίων, ιςχφει επακριβϊσ για ιδανικά αζρια. Οι νόμοι όμωσ μποροφν να εφαρμοςτοφν ςαν καλι προςζγγιςθ και ςε πραγματικά αζρια!! ΤΠΟΘΕΗ τθν πειραματικι διαδικαςία που κα καταγράψουμε ςτθν ςυνζχεια και ςφμφωνα με τον νόμο του Boyle,δθλαδι ςτον νόμο με τον οποίο θ πίεςθ οριςμζνθσ ποςότθτασ ιδανικοφ αερίου με κερμοκραςία θ οποία παραμζνει ςτακερι,ειναι αντιςτρόφωσ ανάλογθ με τον όγκο του.συνεπώσ =ςταθερό για Τ=ςταθερό. τθν ακόλουκθ πειραματικι διαδικαςία καταγράφουμε τθν επιβεβαίωςθ του Νομου αυτοφ,αφοφ επικυμοφμε το γινόμενο να παραμείνει ςτακερό αφοφ όλεσ οι μετριςεισ μασ κα ζχουν τθν ίδια κερμοκραςία. ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΗ ΔΙΑΣΑΞΗ Συναρμολόγηση συσκευής για τη μελέτη του νόμου των αερίων: 1.Tοποκετοφμε ςτο ψθφιακό πολφμετρο το καλϊδιο. Σο ζνα άκρο του καταλιγει ςε δφο μικρά ςιδεράκια διαφορετικοφ πλάτουσ τα οποία τοποκετοφνται ςτο πολφμετρο Σο μεγάλο ςιδεράκι είναι καλό να είναι πιο κοντά ςτθν οκόνθ. Σο άλλο άκρο του καλωδίου τοποκετείται ςτο μεταλλικό κφλινδρο. 2. υνδζουμε το άκρο του ςωλινα του μανομζτρου, με το κυλινδρικό δοχείο και από πάνω ςυνδζουμε τον άλλο ςωλινα που υπάρχει ελεφκεροσ. Σοποκετοφμε το μεταλλικό κφλινδρο μζςα ςτο πλαςτικό κυλινδρικό δοχείο, προςζχοντασ το καλϊδιο να περάςει και αυτό μζςα από τθν εγκοπι του μεταλλικοφ δοχείου και να μθν καταςτραφεί. 3.υνδζουμε ςτο πίςω μζροσ του μεταλλικοφ κυλίνδρου τον χάρακα που είναι θ κλίμακα όγκου. Λειτουργία της συσκευής Αφξηση όγκου: για να αυξιςουμε τον όγκο πιζηουμε προσ τα κάτω τον μοχλό απελευκζρωςθσ που υπάρχει ςτον μεταλλικό κφλινδροκαι τραβάμε προσ τα πάνω το ςτζλεχοσ. Πρϊτα όμωσ γυρίηουμε τισ ςτρόφιγγεσ με τζτοιον τρόπο, ϊςτε να επιτρζπεται θ είςοδοσ αζρα ςτον κάλαμο. Μείωση όγκου: για να μειϊςουμε τον όγκο πιζηουμε τθ χειρολαβι όςεσ φορζσ χρειάηεται για να φτάςουνε ςτον επικυμθτό όγκο. Πρϊτα όμωσ γυρίηουμε τισ ςτρόφιγγεσ με τζτοιον τρόπο, ϊςτε να μθν επιτρζπεται θ είςοδοσ αζρα ςτον

3 κάλαμο. τρόφιγγες: οι ςτρόφιγγεσ ζχουν τρεισ ειςόδουσ. Ανάλογα με τον τρόπο που τισ ζχουμε τοποκετιςει επιτρζπεται ι όχι να μπει αζρασ ςτον κυλινδρικό κάλαμο. ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΙΑ Η πειραματικι διαδικαςία που ακολουκιςαμε ιταν θ εξισ: Αρχικά ρυκμίςαμε τισ ςτρόφιγγεσ με τζτοιον τρόπο, ϊςτε να επιτρζπεται θ είςοδοσ αζρα ςτον κάλαμο. Πιζςαμε προσ τα κάτω τον μοχλό απελευκζρωςθσ που υπάρχει ςτον μεταλλικό κφλινδρο και τον τραβιξαμε προσ τα πάνω το ςτζλεχοσ. Ανεβάςαμε το ςτζλεχοσ μζχρι τον όγκο 300 ml (το ςτζλεχοσ ζχει μια κόκκινθ χαραγι που μασ δείχνει ςε ςφγκριςθ με τθν κλίμακα από πίςω ςε ποιόν όγκο ζχει φτάςει). Κατόπιν γυρίςαμε τισ ςτρόφιγγεσ ζτςι ϊςτε να μθν ειςζρχεται αζρασ ςτον κάλαμο, αλλά αυτόσ να επικοινωνεί μόνο με το μανόμετρο. Πιζςαμε τθ χειρολαβι και κατεβαίνοντασ κάκε 20 ml ςθμειϊςαμε τθν ζνδειξθ του μανόμετρου. Σθ διαδικαςία τθν ολοκλθρϊνουμε όταν φτάςουμε ςτα 160 ml. ε περίπτωςθ που θ πίεςθ μειϊνεται χωρίσ να μεταβάλλουμε τον όγκο καλό κα είναι να ςτρίβουμε λίγο τθν κάτω ςτρόφιγγα ϊςτε να μθν επικοινωνεί το μανόμετρο με τον κάλαμο και να παραμζνει ςτακερι θ ζνδειξι του. Eπαναφζραμε ςτθν αρχικι κζςθ και πιζηουμε τθ χειρολαβι αλλάηοντασ τον όγκο. Σο ψθφιακό κερμόμετρο καταγράφει τθν κερμοκραςία τθν οποία πρζπει να μετατρζψετε ςε Kelvin και να τθν καταγράψετε ςτθν τρίτθ ςτιλθ του πίνακα ΜΕΣΡΗΕΙ τον ακόλουκο πίνακα εχοφμε τισ μετριςεισ μετά τθν ολοκλιρωςθ του πειράματοσ: Μετριςαμε τθν πίεςθ P, τον όγκοσ V και τθν κερμοκραςία T, υπολογίςαμε το πθλίκο 1/V, το pv/t, το γινόμενο nr και ο αρικμόσ των mole n. (με μετατροπζσ των μονάδων V(από ml ςε m 3 ), P(από bar ςε Pascal), T(από o Cςε K)). 1atm=101254Pa 1 bar =100000Pa R=8,314 j/mol K P(bar) P tot (Pa) V(ml) V(m 3 ) 1/V T( o C) T(K) PV/T nr n 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,01184

4 Επεξεργαςία Μετρήςεων- Συμπεράςματα Πειράματοσ το διάγραμμα παριςτάνεται θ πίεςθ P(άξονασ ψ) ςε ςυνάρτθςθ με τον όγκο V(άξονασ χ). Από τθν καταςτατικι εξίςωςθ PV=nRT,ιςχφει P= nrt/v δθλαδι P=a/V. Επομζνωσ όπωσ φαίνεται και ςτο διάγραμμα(1) θ εξίςωςθ είναι τθσ μορφισ ψ=α/χ.το διάγραμμα(2) παριςτάνεται θ ποςότθτα 1/V(άξονασ χ) ςε ςυνάρτθςθ με τθν πίεςθ P (άξονασ ψ). Από τθν καταςτατικι εξίςωςθ PV=nRT ιςχφει 1/V= (1/nRT) P. Η ςχζςθ των μεγεκϊν είναι γραμμικι τθσ μορφισ ψ=αχ και θ κλίςθ τθσ ευκείασ α=1/nrt. Επομζνωσ θ κερμοκραςία Σ είναι ςτακερι και R είναι θ ςτακερά των ιδανικϊν αερίων, μποροφμε από τθν κλίςθ α να υπολογίςουμε τον αρικμό των mole n.από το διάγραμμα P ςε ςυνάρτθςθ του V, που βαςίηεται ςτισ πειραματικζσ μετριςεισ ςυμπεραίνουμε πωσ θ πίεςθ P είναι ανάλογθ τθσ ποςότθτασ 1/V άρα και αντιςτρόφωσ ανάλογθ του όγκου V, άρα ιςχφει ο Νόμοσ του Boyle.Εφόςον θ εξίςωςθ είναι τθσ μορφισ 1/V= (1/nRT)P (ψ=αχ), θ ευκεία κα ζπρεπε να περνάει από τθν αρχι των αξόνων, ενϊ ςτο διάγραμμα παρατθρείται μια μικρι απόκλιςθ. Η απόκλιςθ αυτι οφείλεται ςε ςφάλματα κατά τθ διάρκεια του πειράματοσ όπωσ οι παράγοντεσ του περιβάλλοντοσ που κεωρικθκαν ςτακεροί π.χ κερμοκραςία αλλα κα θ μεταβαλλόμενθ ποςότθτα του αερίου αφοφ το όργανο δεν ιταν ιδανικό. Υπεφθυνοσ Καθηγητήσ:κ.Κατζρθσ Αλζξανδροσ Μακιτρια:Kυπραίου Φωτεινι

5 0, , , ,01157

6